| Popis: |
De Dikulushi Cu-Ag ertsafzetting ligt in de Katanga provincie van de Dem ocratische Republiek Congo, op 250 km ten noorden van de Centraal Afrika anse Copperbelt die verschillende belangrijke stratiforme Cu-Co ertsafze ttingen en enkele rijke adertype Zn-Cu-Pb afzettingen omvat. De regio va n de Copperbelt werd vervormd tijdens de Pan Afrikaanse orogenese omstre eks 560 miljoen jaar geleden. In deze periode werden dikke pakketten ero siemateriaal van het orogeen in de regio rond Dikulushi afgezet als een molasse. Deze sedimenten bouwden de plateaus op die de topografie van he t gebied rond Dikulushi vormgeven. Dit gebied wordt het Kundelungu Plate au genoemd en de Dikulushi Cu-Ag ertsafzetting is een adertype mineralis atie die oudere lagen onder het plateau doorsnijdt. Deze lagen liggen mo menteel aan het oppervlak in een vallei die de plateaus doorsnijdt. Het erts te Dikulushi heeft een gemiddeld Cu gehalte van 8.5 %, met 226 gram Ag per ton op een totaal volume van 1.94 miljoen ton erts voor de start van de exploitatie in 2003. De Kundelungu Plateau regio omvat nage noeg geen andere belangrijke Cu mineralisaties. De uitzonderlijke positi e van het ertslichaam te Dikulushi in een regio met nagenoeg geen andere ertsafzettingen, zijn uitermate hoge ertsgraad en zijn goede ontsluitin g door de recente uitbating maken de mineralisatie te Dikulushi een inte ressant studieobject. Dit doctoraatsonderzoek tracht de vorming van de Dikulushi Cu-Ag ertsafz etting te achterhalen, door de bron van de metalen te bepalen, evenals h et medium en het mechanisme, waardoor deze metalen te Dikulushi werden g econcentreerd in economisch exploiteerbare hoeveelheden. Terreinwerk te Dikulushi toonde aan dat de ertsafzetting is opgebouwd uit twee minerali saties: een Cu-Pb-Zn-Fe en een Cu-Ag mineralisatie. Een eerste mineralis atie bestaat uit Cu, Pb, Zn en Fe sulfiden die precipiteerden langsheen O-W and NO-ZW breuken die tezamen werden gereactiveerd in een regime van NW-ZO compressie tijdens de eindfase van de Pan Afrikaanse orogenese. D e vorming van deze mineralisatie werd gedateerd op ca. 520 miljoen jaar, wat zijn structurele positie bevestigd. Pb en mogelijks ook Cu, Zn en F e werden uit zandstenen en carbonaten in de diepte uitgeloogd en gemengd in een kleinschalig hydrothermaal systeem. Deze menging zorgde voor een geclusterde, intern heterogene Pb isotopische samenstelling, met 206Pb/ 204Pb = 18.07-18.49, 207Pb/204Pb = 15.69-15.73 en 208Pb/204Pb = 38.33-38 .86. De metalen werden getransporteerd in een fluïdum met een H2O-NaCl-C aCl2 samenstelling en een gemiddeld zoutgehalte van 20 tot 25 equivalent massaprocent NaCl. Het Cu-Pb-Zn-Fe mineraliserende fluïdum verkreeg zij n gemiddelde zoutgehalte door uitdamping van zeewater en/of door oplossi ng van zouten in de diepte. Het metaalrijke fluïdum werd langs een ontko ppelingshorizont opwaarts geïnjecteerd in de set van gereactiveerde breu ken waarlangs de Cu-Pb-Zn-Fe mineralisatie ontstond. Dit fluïdum interag eerde met het carbonaat gastgesteente, aangezien deze gesteenten eenzelf de Sr isotopische samenstelling hebben als de carbonaat gangmineralen, w anneer hun Sr isotopische samenstelling wordt herberekend naar 520 miljo en jaar (87Sr/86Sr ~ 0.714). Het opwaarts geïnjecteerde fluïdum had een hogere temperatuur dan het omgevende gesteente, tussen 100 en 200 ° C. Het S in de Cu, Pb, Zn en Fe sulfiden is afkomstig van Neoproterozoïs ch zeewater. Dit S werd waarschijnlijk onder de vorm van sulfaat, samen met de metalen in het Cu-Pb-Zn-Fe mineraliserende fluïdum naar de site v an mineralisatie getransporteerd of in een apart fluïdum. Menging van he t sulfaat met organisch materiaal, bij een hoge temperatuur, zorgde voor de vorming van S2-. Indien metalen en sulfaat door hetzelfde fluïdum we rden aangebracht, moet de reductie van SO42- tot S2- onmiddellijk geleid t hebben tot precipitatie van Cu, Pb, Zn en Fe sulfiden. Indien sulfaat door een ander fluïdum werd getransporteerd, kan het gevormde S2- tijdel ijk zijn opgeslagen als droog H2S gas op de site van de Dikulushi Cu-Ag ertsafzetting en nadien samen met Cu, Pb, Zn en Fe zijn geprecipiteerd a ls sulfiden na menging met het Cu-Pb-Zn-Fe mineraliserende fluïdum. De C u-Pb-Zn-Fe mineralisatie bestaat uit arsenopyriet, pyriet, tennantiet, g aleniet, sfaleriet, chalcopyriet, borniet en chalcosiet. Na de Lufilische gebergtevorming werd de Cu-Pb-Zn-Fe mineralisatie herwerkt in een Cu-Ag mineralisatie langs gereactiveerde en nieuwgevorm de NO ZW-georiënteerde breuken die ontwikkelden tijdens een fase van NNW -ZZO extensie. S, Pb en mogelijks ook andere metalen van de Cu-Pb-Zn-Fe mineralisatie werden geremobiliseerd. Pb van de Cu-Pb-Zn-Fe mineralisati e werd gemengd met Pb van zandstenen (206Pb/204Pb = 19.110-22.419, 207Pb /204Pb = 15.803-15.991, 208Pb/204Pb = 38.951-42.594), van carbonaten (20 6Pb/204Pb = 18.688-32.977, 207Pb/204Pb = 15.713-16.633, 208Pb/204Pb = 38 .632-40.006), of van radiogene basalten (Pb-Pb verhoudingen tot 84.473 v oor 206Pb/204Pb, 19.480 voor 207Pb/204Pb en 66.707 voor 208Pb/204Pb). De menging van laag radiogeen Pb van de Cu-Pb-Zn-Fe mineralisatie, met rad iogeen Pb van deze bronnen produceerde Cu-Ag sulfiden met een heterogene Pb isotopische samenstelling. Deze heterogene Pb isotopische samenstell ing vormde mettertijd om in een pseudo-isochroon, door radioactief verva l van U en Th naar Pb en bevat geen ouderdomsinformatie. De Cu-Ag minera lisatie vormde uit een H2O-NaCl-KCl fluïdum, met een variabel zoutgehalt e tussen 3 en 19 equivalent massaprocent NaCl bij een nagenoeg constante temperatuur van 65 °C. Deze vloeistof lijkt het resultaat van meng ing tussen meteorisch water dat doorheen het siliclastisch gastgesteente stroomde en een fluïdum met een gemiddeld zoutgehalte dat radiogeen Pb vanuit onderliggende basalten, zandstenen of carbonaten aanbracht. Eén v an beide vloeistoffen loste de voorgaande Cu-Pb-Zn-Fe mineralisatie deel s op en menging van het Cu-Ag mineraliserende fluïdum met een organische substantie zorgde voor de vorming van de Cu-Ag mineralisatie. De Cu-Ag mineralisatie wordt gedomineerd door een massieve Ag rijke chalcosiet me t orthorhombische tweelingen die wijzen op een vormingstemperatuur onder de 103 °C. Chalcosiet stalen van de Cu-Pb-Zn-Fe en de Cu-Ag mineralisatie vertonen geen duidelijk verschil in Cu isotopische signatuur in functie van de mi neralisatie waarvan ze werden genomen, ze vertonen echter wel een lineai re variatie van de Cu isotopen waarden in functie van de diepte. Op een diepte van 250 m heeft chalcosiet een δ65Cu waarde van -0.12 , gelijk aan de waarschijnlijke δ65Cu waarde van het brongeste ente, i.e. 0 ± 0.5 . Naar het oppervlak toe neemt de δ65 Cu waarde van de chalcosiet echter af tot -0.99 . Chalcosiet stalen lan gs de randen van de mineralisatie wijken af van deze lineaire Cu isotopi sche variatie, met δ65Cu tot ca. -1.5 langs breuken en tot c a. -2.0 langs splijtingsvlakken in het gastgesteente. De lineaire Cu i sotopische variatie in functie van de diepte en de afwijkingen naar de r anden van de mineralisatie toe kunnen te wijten zijn aan fysico-chemisch e variaties in het mineraliserende fluidum of aan een variabele invloed van supergene processen op verschillende locaties in de Dikulushi Cu-Ag ertsafzetting. Supergene processen zorgden voor een verarming van het ertslichaam te Di kulushi nabij het oppervlak en een aanrijking in de diepte, met de vormi ng van een reeks Cu carbonaten/silicaten, tot dieptes van meer dan 200 m . Deze Cu carbonaten/silicaten zijn sterk verrijkt in 65Cu ten opzichte van de Cu sulfiden, conform the geobserveerde variaties tussen Cu(I) sul fiden en Cu(II) carbonaten/silicaten in de literatuur. De vormingsgeschiedenis van de adertype Cu-Ag ertsafzetting te Dikulushi werd vergeleken met de vorming van andere ertsafzettingen in het zuidel ijk deel van Afrika. Deze vergelijking toont de kritieke parameters voor toekomstige exploratie. Cu gedomineerde adertype afzettingen in het zui delijk deel van Afrika zijn gebonden aan een bepaald stratigrafisch inte rval op het contact tussen carbonaten en zandstenen. Waar dit contact do orsneden wordt door breuken die diepe metaalrijke fluïda konden aantappe n, ontstonden Cu rijke mineralisaties. Alle locaties waar breuken het co ntact tussen geplooide carbonaten en zandstenen van dat specifieke strat igrafische interval doorsnijden vormen belangrijke doelzones voor verder e exploratie. Deze zones kunnen gemakkelijk afgebakend worden met gebrui k van moderne exploratietechnieken, waaronder satellietbeeldinterpretati e, aeromagnetische anomalie metingen en geochemische exploratiemethoden. Table of Contents TABLE OF CONTENTS I SAMENVATTING III 1. INTRODUCTION 1 1.1 SETTING OF THE RESEARCH TOPIC 1 1.2 PRESENT KNOWLEDGE ON THE DIKULUSHI Cu-Ag DEPOSIT 2 1.3 AIMS AND RESEARCH STRATEGY 4 2. GEOLOGICAL SETTING 7 2.1 INTRODUCTION 7 2.2 ASSEMBLY OF THE EASTERN PART OF THE CONGO CRATON 9 2.3 THE KATANGA SUPERGROUP 13 2.4 CONCLUSION 17 3. STRUCTURAL CONTROL ON THE MINERALISATION AT DIKULUSHI 19 3.1 INTRODUCTION 19 3.2 GEOLOGY OF THE DIKULUSHI MINE 21 3.2.1 Lithology and stratigraphy 21 3.2.2 Bedding 26 3.2.3 Folds 28 3.2.4 Joints 28 3.2.5 Faults 28 3.2.6 Chronology of the major faults 34 3.2.7 Palaeostress analysis 35 3.2.8 Alteration and mineralisation 38 3.3 INTERPRETATION OF THE REGIONAL STRUCTURAL SETTING OF THE MINERALISATION 43 3.3.1 The Dikulushi anticline structure 43 3.3.2 The Kiaka-Kabangu anticline structure 45 3.4 DISCUSSION AND CONCLUSION 49 3.4.1 Geology of the mine 49 3.4.2 Correlation between the geology in the Dikulushi mine and the regional geodynamic evolution 52 3.4.3 Comparison of the field studies in 2004 and 2006 55 3.5 IMPLICATIONS FOR EXPLORATION 58 4. MINERALOGICAL AND GEOCHEMICAL STUDY OF THE DIKULUSHI Cu-Ag DEPOSIT 61 4.1 INTRODUCTION 61 4.2 METHODOLOGY 62 4.2.1 Petrography 62 4.2.2 Microprobe analyses 62 4.2.3 Fluid inclusions 63 4.2.4 Oxygen, carbon and sulphur isotopes 64 4.2.5 Rubidium and strontium isotopes 64 4.3 PETROGRAPHY 67 4.3.1 Host-rock 67 4.3.2 Pre-mineralisation stage 75 4.3.3 Cu-Pb-Zn-Fe mineralisation stage 77 4.3.4 Cu-Ag mineralisation stage 82 4.3.5 Supergene mineralisation 82 4.4 ANALYTICAL RESULTS 84 4.4.1 Fluid inclusions 84 4.4.2 Oxygen, carbon, sulphur, rubidium and strontium isotopes 88 4.5 DISCUSSION 96 4.5.1 Discussion on the formation of the Dikulushi Cu-Ag deposit 96 4.5.2 Comparison of existing and new petrographical and geochemical data 101 4.6 CONCLUSIONS 102 5. U-Th-Pb ISOTOPE STUDY 103 5.1 INTRODUCTION 103 5.2 INTERPRETATION OF LEAD ISOTOPIC VARIATIONS 104 5.3 SAMPLING AND ANALYTICAL PROCEDURE 106 5.4 RESULTS AND INTERPRETATION 108 5.4.1 Pb isotope systematics of the Dikulushi deposit 108 5.4.2 Pb isotope systematics of Katanga Supergroup rocks 111 5.5 DISCUSSION 115 5.5.1 U-Th-Pb systematics of the Dikulushi Cu-Ag mineralisation 115 5.5.2 Possible source rocks 118 5.6 CONCLUSIONS 122 6. Cu ISOTOPE STUDY 123 6.1 INTRODUCTION 123 6.2 MATERIALS AND METHODS 125 6.3 RESULTS 128 6.4 DISCUSSION 131 6.5 CONCLUSIONS 136 7. DISCUSSION 137 7.1 INTRODUCTION 137 7.2 METALLOGENESIS OF THE DIKULUSHI DEPOSIT IN A GEODYNAMIC CONTEXT 137 7.3 CU DEPOSITS IN THE PAN-AFRICAN OROGEN 148 7.3.1 The Kundelungu Plateau 148 7.3.2 The Central African Copperbelt 152 7.3.3 The Otavi Mountain Land 165 7.4 MULTIPHASE Cu MINERALISATION IN THE SOUTHERN PART OF AFRICA 170 7.5 CONCLUSIONS 174 7.6 RECOMMENDATIONS FOR EXPLORATION IN THE REGION 176 8. CONCLUSIONS AND FUTURE OUTLOOK 179 REFERENCES 185 APPENDIX A DETAILED LEVEL SECTION DESCRIPTIONS 201 APPENDIX B INDEX WITH MINERAL FORMULAE OF ORES AND ALTERATION MINERALS 202 APPENDIX C Cu ISOTOPE ANALYSIS 203 C.1 Cu ISOTOPE SYSTEMATICS 203 C.2 Cu ISOLATION PROTOCOL 203 C.3 MEASUREMENT CORRECTION PROCEDURE 204 C.4 ON-COLUMN FRACTIONATION TEST 205 C.5 NEPTUNE VS. NU-PLASMA 206 C.6 REFERENCES 208 nrpages: 208 status: published |
